[发明专利]一种场效应晶体管及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种场效应晶体管及其制备方法和应用，所述场效应晶体管包括绝缘衬底，以及设置于所述绝缘衬底的绝缘层上的二维纳米材料层，所述二维纳米材料层上设置有源电极和漏电极，所述源电极和漏电极之间的导电沟道的宽度为0.5～10nm。所述场效应晶体管通过对源电极和漏电极之间导电沟道的控制，可有效改善场效应晶体管的性能和功耗。所述场效应晶体管的导电沟道通过电反馈法制备得到，所述电反馈法实现了导电沟道尺寸的精确可控，使导电沟道尺寸可低至3nm以下，能够满足硅基集成电路技术的小尺寸和高性能的需求。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种场效应晶体管及其制备方法和应用。

背景技术

场效应晶体管是一种由自由载流子可以控制注入的有源器件，其主要组成部分包括半导体、源极、漏极和栅极，通过栅极的调制来控制源漏之间的电流大小，从而实现开态和关态。近年来，场效应晶体管作为重要的半导体器件被应用于大规模集成电路中，在生物传感器、感应器以及电力控制器件的制备中发挥着不可替代的作用。

场效应晶体管的核心之一在于背栅调制的沟道部分，传统的场效应晶体管的沟道是单晶硅。近十几年来，产业界对于场效应晶体管的发展策略是基于摩尔定律不断缩小关键尺寸，提高集成速度，从而实现功耗更低、速度更快、功能更强大且成本更低的集成电路芯片。早期的场效应晶体管发展相对简单，只需提升加工精度，根据等比例原则简单缩小器件的横向和纵向尺寸，但是这种加工精度的改进并不能完全满足晶体管的性能需求，随着工艺的发展和对性能需求的提升，新的结构和材料被逐步应用到场效应晶体管的设计和制备中。

随着新材料的开发和应用，采用石墨烯等二维碳材料替代原有的硅基沟道成为场效应晶体管的热门研究方向。例如CN102184858A公开了一种石墨烯场效应晶体管的制备方法，其步骤包括：提供红外线可穿透的衬底，化学气相淀积石墨烯形成石墨烯沟道层，在石墨烯沟道层上构图形成栅介质层，以及在栅介质层上构图形成栅端；其中，所述石墨烯沟道层可操作地在红外线辐射下产生光电导效应，以使石墨烯场效应晶体管的电学特性发生变化。CN105895704A公开了一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法，所述制造方法包括：提供高掺的Si衬底，形成绝缘层，制备背接触源漏电极，将石墨烯转移到已经形成的源、漏图形上，从而形成悬浮的石墨烯沟道；利用光刻技术及刻蚀工艺对石墨烯进行图形化；制备顶接触源漏电极；制备栅介质及栅电极，最终形成基于石墨烯沟道材料的双栅双接触空气隙场效应晶体管。

目前，随着晶体管尺寸进入小于7nm节点，硅基集成电路技术正受到工艺制造难度和物理极限的种种挑战。例如，在制备工艺方面存在着曝光光源、良率等限制；同时，随着尺寸继续缩小，量子隧穿效应导致的栅极漏电和沟道漏电、短沟道引起的热载流子效应、以及沟道载流子分布量子涨落等问题愈加显著，严重影响等比例缩小带来的性能和功耗价值。这些问题的存在只能以新材料、新结构和新原理为基础的晶体管被不断提出而解决，从而实现器件的高性能、低功耗和更快的速度的功能。

因此，开发一种具有小尺寸、高性能的场效应晶体管及其制备方法，是本领域的研究重点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种场效应晶体管及其制备方法和应用，所述场效应晶体管通过对源电极和漏电极之间导电沟道的控制，有效改善了场效应晶体管的性能和功耗，使其能够满足硅基集成电路技术的小尺寸和高性能的需求。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种场效应晶体管，所述场效应晶体管包括绝缘衬底，以及设置于所述绝缘衬底的绝缘层上的二维纳米材料层，所述二维纳米材料层上设置有源电极和漏电极，所述源电极和漏电极之间的导电沟道的宽度为0.5～10nm，例如0.8nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm、8nm、8.5nm、9nm或9.5nm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。